Informatik - gym-gevelsberg.de · Der Unterricht der Sekundarstufe II wird mit Hilfe der...

Schulinterner Lehrplan für die Sekundarstufe II

Informatik

(Stand: 2. Mai 2014)

Inhalt

Seite

1 Einleitung...............................................................................

2 Entscheidungen zum Unterricht..........................................

2.1 Unterrichtsvorhaben.................................................................................42.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben...................................................5

I) Einführungsphase............................................................................................5

II) Qualifikationsphase........................................................................................8

2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben.....................................................13I) Einführungsphase..........................................................................................13

II) Qualifikationsphase......................................................................................28

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit...........502.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung.........522.3.1 Beurteilungsbereich Klausuren...........................................................522.3.2 Beurteilungsbereich Sonstige Mitarbeit..............................................53

3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsüber-greifenden Fragen.......................................................

4 Qualitätssicherung und Evaluation...................................

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1 Einleitung

Am Städtischen Gymnasium Gevelsberg wird das Fach Informatik ab derJahrgangsstufe 8 im Wahlpflichtbereich II (WP II) angeboten. In dreistündigenKursen werden die Kombinationskurse Mathematik-Informatik und Physik-Informatik angeboten. In der zweijährigen Laufzeit dieser Kurse wird inaltersstufengerechter Weise unter anderem auf Grundlagen der Algorithmik imRahmen einer didaktischen Lernumgebung, auf die technische Informatik amBeispiel von Schaltwerken und Schaltnetzen und auf Robotik eingegangen. DerUnterricht erfolgt dabei in enger Verzahnung mit Inhalten der Mathematik undPhysik und wird zum Teil in Form von fächerverbindenden Projekten gestaltet.Die Kurse stellen einen Baustein im MINT-Angebot der Schule dar.

In der Sekundarstufe II bietet das Städtische Gymnasium Gevelsberg in allenJahrgangsstufen jeweils einen Grundkurs in Informatik an. Entsprechend kanndas Fach Informatik auch als drittes oder vierte Abiturfach gewählt werden. EinLeistungskurs wird derzeit nicht angeboten.

Um insbesondere Schülerinnen und Schülern gerecht zu werden, die in derSekundarstufe I keinen Informatikunterricht besucht haben, wird in Kursen derEinführungsphase besonderer Wert darauf gelegt, dass keine Vorkenntnisseaus der Sekundarstufe I zum erfolgreichen Durchlaufen des Kurses erforderlichsind.

Der Unterricht der Sekundarstufe II wird mit Hilfe der Programmiersprache Javadurchgeführt. Zur didaktischen Reduktion werden in unterschiedlichen Phasenverschiedene Lern- und Simulationsumgebungen eingesetzt.

Durch projektartiges Vorgehen, offene Aufgaben und Möglichkeiten,Problemlösungen zu verfeinern oder zu optimieren, entspricht derInformatikunterricht der Oberstufe in besonderem Maße den Erziehungszielen,Leistungsbereitschaft zu fördern, ohne zu überfordern.

Die gemeinsame Entwicklung von Materialien und Unterrichtsvorhaben, dieEvaluation von Lehr- und Lernprozessen sowie die stetige Überprüfung undeventuelle Modifikation des schulinternen Curriculums durch die FachkonferenzInformatik stellen einen wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung und-entwicklung des Unterrichts dar.

2 Entscheidungen zum Unterricht

2.1 Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt denAnspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken.Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, Schülerinnen und SchülernLerngelegenheiten zu ermöglichen, so dass alle Kompetenzerwartungen desKernlehrplans von ihnen erfüllt werden können.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- undder Konkretisierungsebene.

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) wird die für alleLehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindlicheVerteilung der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu,den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnungder Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den imKernlehrplan genannten Kompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltlichenSchwerpunkten zu verschaffen. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich alsgrobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werdenkann. Um Freiraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen, aktuelleThemen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.B. Praktika,Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternenLehrplans ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeit verplant.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „ÜbersichtsrasterUnterrichtsvorhaben“ zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zurAbsicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alleMitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, beinhaltet dieAusweisung „konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) Beispiele undMaterialien, die empfehlenden Charakter haben. Referendarinnen undReferendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allemzur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zurVerdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zudidaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen,Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die imEinzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.3 zu entnehmen sind.

Da in den folgenden Unterrichtsvorhaben Inhalte in der Regel anhand vonProblemstellungen in Anwendungskontexten bearbeitet werden, werden ineinigen Unterrichtsvorhaben jeweils mehrere Inhaltsfelder angesprochen.

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2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

I) Einführungsphase

Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben EPh-I

Thema:Einführung in die Nutzung von Informatiksystemen und in grundlegendeBegrifflichkeiten

Zentrale Kompetenzen: Argumentieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Informatiksysteme Informatik, Mensch und

Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte: Einzelrechner Dateisystem Internet Einsatz von Informatiksystemen Digitalisierung

Zeitbedarf: ca. 10 Stunden

Unterrichtsvorhaben EPh-II

Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung anhand von statischen Grafikszenen

Zentrale Kompetenzen: Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Daten und ihre Strukturierung Formale Sprachen und Automaten

Inhaltliche Schwerpunkte: Objekte und Klassen Syntax und Semantik einer

Programmiersprache


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Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben EPh-III

Thema: Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java anhand von einfachen Animationen

Zentrale Kompetenzen: Argumentieren Modellieren Implementieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und

Automaten


Programmiersprache Analyse, Entwurf und

Implementierung einfacher Algorithmen


Unterrichtsvorhaben EPh-IV

Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand von grafischen Spielen und Simulationen

Zentrale Kompetenzen: Argumentieren Modellieren Implementieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten


Programmiersprache Analyse, Entwurf und



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Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben EPh-V

Thema: Such- und Sortieralgorithmen anhand kontextbezogener Beispiele

Zentrale Kompetenzen: Argumentieren Modellieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Algorithmen

Inhaltliche Schwerpunkte: Algorithmen zum Suchen und

Sortieren Analyse, Entwurf und



Unterrichtsvorhaben EPh-VI

Thema: Geschichte der digitalen Datenverarbeitung und die Grundlagen des Datenschutzes


Inhaltsfelder: Informatik, Mensch und Gesellschaft Informatiksysteme

Inhaltliche Schwerpunkte: Wirkungen der Automatisierung Geschichte der automatischen

Datenverarbeitung


Summe Einführungsphase: ca. 74

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II) Qualifikationsphase

Qualifikationsphase 1

Unterrichtsvorhaben Q1-I

Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung anhandeiner kontextbezogenen Problemstellung


Inhaltsfelder: Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Informatiksysteme

Inhaltliche Schwerpunkte: Objekte und Klassen Analyse, Entwurf und

Implementierung von Algorithmen Syntax und Semantik einer

Programmiersprache Nutzung von Informatiksystemen


Unterrichtsvorhaben Q1-II

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen




Implementierung von Algorithmen Algorithmen in ausgewählten

informatischen Kontexten Syntax und Semantik einer

Programmiersprache


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Unterrichtsvorhaben Q1-III

Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen


Inhaltsfelder: Algorithmen Formale Sprachen und Automaten

Inhaltliche Schwerpunkte: Analyse, Entwurf und



Programmiersprache


Unterrichtsvorhaben Q1-IV

Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten


Inhaltsfelder: Daten und ihre Strukturierung Algorithmen Formale Sprachen und Automaten Informatik, Mensch und Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte: Datenbanken Algorithmen in ausgewählten


Programmiersprache Sicherheit


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Unterrichtsvorhaben Q1-V

Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen


Inhaltsfelder: Informatiksysteme Informatik, Mensch und Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte: Einzelrechner und

Rechnernetzwerke Sicherheit Nutzung von Informatiksystemen,

Wirkungen der Automatisierung


Summe Qualifikationsphase 1: ca. 74 Stunden

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Unterrichtsvorhaben Q2-I

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen






Programmiersprache


Unterrichtsvorhaben Q2-II

Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen

Zentrale Kompetenzen: Argumentieren Modellieren Darstellen und Interpretieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Endliche Automaten und formale

Sprachen

Inhaltliche Schwerpunkte: Endliche Automaten Grammatiken regulärer Sprachen Möglichkeiten und Grenzen von

Automaten und formalen Sprachen


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Unterrichtsvorhaben Q2-III

Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit

Zentrale Kompetenzen: Argumentieren Kommunizieren und Kooperieren

Inhaltsfelder: Informatiksysteme Informatik, Mensch und Gesellschaft

Inhaltliche Schwerpunkte: Einzelrechner und

Rechnernetzwerke Grenzen der Automatisierung


Summe Qualifikationsphase 2: ca. 56 Stunden

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2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben

Im Folgenden sollen die im Unterkapitel 2.1.1 aufgeführten Unterrichtsvorhaben konkretisiert werden. In der Einführungsphase können verschiedene didaktische Lernumgebungen verwendet werden. Beispielhaft werden genannt:

BlueJ mit SuM-Bibliothek Greenfoot GLOOP

In der Qualifikationsphase werden die Unterrichtsvorhaben unter Berücksichtigung der Vorgaben für das Zentralabitur Informatik in NRWkonkretisiert. Diese sind zu beziehen unter der Adresse

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15 (abgerufen: 30. 04. 2014)

I) Einführungsphase

Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allen Unterrichtsvorhaben der Einführungsphasevertieft und sollen aus Gründen der Lesbarkeit nicht in jedem Unterrichtsvorhaben separat aufgeführt werden:

Die Schülerinnen und Schüler

verwenden Fachausdrücke bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K), präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse (K), kommunizieren und kooperieren in Gruppen und in Partnerarbeit (K), nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung und gemeinsamen Verwendung von Daten unter

Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K).

Unterrichtsvorhaben EPh-I

Thema: Einführung in die Nutzung von Informatiksystemen und in grundlegende Begrifflichkeiten

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http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/abitur-gost/fach.php?fach=15

Leitfragen: Womit beschäftigt sich die Wissenschaft der Informatik? Wie kann die in der Schule vorhandene informatische Ausstattunggenutzt werden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Das erste Unterrichtsvorhaben stellt eine allgemeine Einführung in das Fach Informatik dar. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für mancheSchülerinnen und Schüler in der Einführungsphase der erste Kontakt mit dem Unterrichtsfach Informatik stattfindet, so dass zu BeginnGrundlagen des Fachs behandelt werden müssen.

Zunächst wird auf den Begriff der Information eingegangen und die Möglichkeit der Kodierung in Form von Daten thematisiert.

Des Weiteren soll der grundlegende Aufbau eines Rechnersystems im Sinne der Von-Neumann-Architektur erarbeitet werden und mit demgrundlegenden Prinzip der Datenverarbeitung (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) in Beziehung gesetzt werden.

Bei der Beschäftigung mit Datenkodierung, Datenübermittlung und Datenverarbeitung ist jeweils ein Bezug zur konkreten Nutzung derinformatischen Ausstattung der Schule herzustellen. So wird in die verantwortungsvolle Nutzung dieser Systeme eingeführt.


Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens:

Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien, Materialien

1. Information, deren Kodierung und Speicherung(a) Informatik als Wissenschaft der

Verarbeitung von Informationen(b) Darstellung von Informationen in Schrift,

Bild und Ton (c) Speichern von Daten mit informatischen

Systemen am Beispiel der Schulrechner(d) Vereinbarung von Richtlinien zur

Datenspeicherung auf den Schulrechnern (z.B. Ordnerstruktur,


beschreiben und erläutern den Aufbau und die Arbeitsweise singulärer Rechner am Beispiel der „Von-Neumann-Architektur“ (A),

nutzen die im Unterricht eingesetzten Informatiksysteme selbstständig, sicher, zielführend und verantwortungsbewusst (D),

nutzen das Internet zur Recherche, zum

Datenaustausch und zur Kommunikation (K),

Materialien: Webseiteinf-schule.de Kapitel 1 „Eine kleine Geschichte der Digitalisierung:

vom Morsen zum modernen Digitalcomputer“ „Von Nullen, Einsen und mehr:

Stellenwertsysteme und wie man mit ihnen rechnet“

„Kodieren von Texten:

Kodierung und Dekodierung von Texten mit unbekannten Zeichensätzen (z.B.

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Dateibezeichner usw.) stellen ganze Zahlen und Zeichen in

Binärcodes dar (D),

interpretieren Binärcodes als Zahlen und

Zeichen (D).

Wingdings), ASCII und mehr“ „Wie kommt das Bild in den Computer:

Kodierung von Bildinformationen in Raster- und Vektorgrafiken“

2. Informations- und Datenübermittlung in Netzen(a) Informatische Kommunikation in

Rechnernetzen am Beispiel des Schulnetzwerks (z.B. Benut-zeranmeldung, Netzwerkordner, Zugriffsrechte)

(b) Richtlinien zum verantwortungsvollen Umgang mit dem Internet

3. Aufbau informatischer Systeme(a) Identifikation typischer Komponenten

informatischer Systeme und anschließende Beschränkung auf das Wesentliche, Herleitung der „Von-Neumann-Architektur“

(b) Identifikation des EVA-Prinzips (Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe) als Prinzip der Verarbeitung von Daten und Grundlage der „Von-Neumann-Architektur“

Materialien: DemonstrationshardwareDurch Demontage eines Demonstrations-rechners entdecken Schülerinnen und Schülerdie verschiedenen Hardwarekomponenten einesInformatiksystems. Als Demonstrationsrechnerbietet sich ein ausrangierter Schulrechner an.

Materialien: SoftwareSimulationssoftware Johnny (inf-schule.de)

Unterrichtsvorhaben EPh-II

Thema: Grundlagen der objektorientierten Analyse, Modellierung und Implementierung in einer didaktisch reduzierten Lernumgebung

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Leitfrage: Wie lassen sich Gegenstandsbereiche informatisch modellieren und im Sinne einer Simulation informatisch realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Ein zentraler Bestandteil des Informatikunterrichts der Einführungsphase ist die Objektorientierte Programmierung. DiesesUnterrichtsvorhaben führt in die Grundlagen der Analyse, Modellierung und Implementierung in diesem Kontext ein.

Dazu werden zunächst konkrete Gegenstandsbereiche aus der Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler analysiert und im Sinne desObjektorientierten Paradigmas strukturiert. Dabei werden die grundlegenden Begriffe der Objektorientierung und Modellierungswerkzeugewie Objektkarten, Klassenkarten oder Beziehungsdiagramme eingeführt. Hier wird auch das Prinzip der Vererbung mit Ober- undUnterklassen angesprochen.

Im Anschluss wird mit der Realisierung erster Projekte mit Hilfe der gewählten didaktischen Programmierumgebung begonnen. Die von derUmgebung vorgegebenen Klassen werden von Schülerinnen und Schülern in Teilen analysiert und entsprechende Objekte anhandeinfacher Problemstellungen erprobt. Dazu muss der grundlegende Aufbau einer Java-Klasse thematisiert und zwischen Deklaration,Initialisierung und Methodenaufrufen unterschieden werden.

Da bei der Umsetzung dieser ersten Projekte konsequent auf die Verwendung von Kontrollstrukturen verzichtet wird und der Quellcode auseiner rein linearen Sequenz besteht, ist auf diese Weise eine Fokussierung auf die Grundlagen der Objektorientierung möglich, ohne dassalgorithmische Probleme ablenken. Natürlich kann die Arbeit an diesen Projekten unmittelbar zum nächsten Unterrichtsvorhaben führen.Dort stehen unter anderem Kontrollstrukturen im Mittelpunkt.




1. Identifikation von Objekten(a) An einem lebensweltnahen Beispiel

werden Objekte im Sinne der Objektorientierten Modellierung eingeführt.

(b) Objekte werden mit Objektkarten visualisiert und mit sinnvollen Attributen


ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),

Beispiel: VogelschwarmSchülerinnen und Schüler betrachten einenVogelschwarm als Menge gleichartiger Objekte,die in einer Klasse mit Attributen und Methodenzusammengefasst werden können.

Beispiel: Autos

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und „Fähigkeiten“, d.h. Methoden versehen.

(c) Manche Objekte sind prinzipiell typgleich und werden so zu einer Objektsorte bzw. Objektklasse zusammengefasst.

(d) Vertiefung: Modellierung weiterer Beispiele ähnlichen Musters

modellieren Klassen mit ihren Attributen,

ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M),

stellen die Kommunikation zwischen

Objekten grafisch dar (M),

implementieren einfache Algorithmen unter

Beachtung der Syntax und Semantik einer Programmiersprache (I),

stellen den Zustand eines Objekts dar (D).

Wie „Vogelschwarm“ am Beispiel desLehrerparkplatzes

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator - Allgemeine Objektorientierung (Download Eph-II.1)

2. Analyse von Klassen didaktischer Lernumgebungen(a) Objektorientierte Programmierung als

modularisiertes Vorgehen (Entwicklung von Problemlösungen auf Grundlage vorhandener Klassen)

(b) Teilanalyse der Klassen der gegebenen didaktischen Lernumgebung

Materialien:Dokumentation der didaktischen Bibliothek GLOOP (Download EPh-II.2)GreenfootBlueJ mit SuM-Bibliothek

3. Implementierung dreidimensionaler, statischer Szenen(a) Grundaufbau einer Java-Klasse(b) Konzeption und Umsetzung eines

Szenarios aus verschiedenen Objekten(c) Deklaration und Initialisierung von

Objekten(d) Methodenaufrufe mit Parameterübergabe

zur Manipulation von Objekteigenschaften (z.B. Farbe, Position, Drehung)

Beispiel: SkulpturengartenSchülerinnen und Schüler erstellen einProgramm, das mit Hilfe von geometrischenObjekten der GLOOP-Umgebung einenSkulpturengaten auf den Bildschirm bringt.

Beispiel: LandschaftDie Schülerinnen und Schüler zeichnen eineLandschaft mit Hilfe von SuM-Objekten in BlueJim Direkteingabemodus.

Beispiel: SpinnenweltDie Schülerinnen und Schüler erstellen einSzenario mit verschiedenen Aktoren inGreenfoot anhand von Methodenaufrufen.

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Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator - Sequenzielle Programmierung(Download EPh-II.3)

Unterrichtsvorhaben EPh-III

Thema: Grundlagen der objektorientierten Programmierung und algorithmischer Grundstrukturen in Java anhand von einfachenAnimationen

Leitfragen: Wie lassen sich Animationen und Abläufe, z. B. unter Berücksichtigung von Tastatureingaben, realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Der Schwerpunkt dieses Unterrichtsvorhabens liegt auf der Entwicklung mehrerer Projekte, die durch Eingaben des Benutzers gesteuerteAnimationen aufweisen. Zunächst wird ein Projekt bearbeitet, das in Anlehnung an das vorangegangene Unterrichtsvorhaben ein Szenariodarstellt, das lediglich aus Objekten besteht, zu denen das didaktische System Klassen vorgibt. Einzelne Objekte des Szenarios werdenanimiert, um ein einfaches Spiel zu realisieren oder die Szene optisch aufzuwerten. Für die Umsetzung dieses Projekts werdenKontrollstrukturen in Form von Schleifen und Verzweigungen benötigt und eingeführt.

Sind an einem solchen Beispiel im Schwerpunkt Schleifen und Verzweigungen eingeführt worden, sollen diese Konzepte an weiterenBeispielprojekten eingeübt werden. Dabei muss es sich nicht zwangsläufig um solche handeln, bei denen Kontrollstrukturen lediglich zurAnimation verwendet werden. Auch die Erzeugung größerer Mengen grafischer Objekte und deren Verwaltung in einer geeigneteneinfachen Datenstruktur kann ein Anlass zur Verwendung von Kontrollstrukturen sein.

Das Unterrichtsvorhaben schließt mit einem komplexeren Projekt, so dass die Schülerinnen und Schüler mehr als nur die Klasse erstellenmüssen, welche das Szenario als Ganzes darstellt. Elemente des Szenarios müssen zu sinnhaften eigenen Klassen zusammengefasstwerden, die dann ihre eigenen Attribute und Dienste besitzen. Auch dieses Projekt soll eine Animation, ggf. im Sinne einer Simulation, sein,bei der Attributwerte von Objekten eigener Klassen verändert werden und diese Veränderungen optisch sichtbar gemacht werden.

Komplexere Assoziationsbeziehungen zwischen Klassen werden in diesem Unterrichtsvorhaben zunächst nicht behandelt. Sie stellen denSchwerpunkt des folgenden Vorhabens dar.

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1. Bewegungsanimationen am Beispiel einfacher Objekte(a) Kontinuierliche Verschiebung eines

Objekts mit Hilfe einer Schleife (WHILE-Schleife, FOR-Schleife)

(b) Tastaturabfrage zur Realisierung einer Schleifenbedingung für eine Animationsschleife

(c) Optional mehrstufige Abläufe mit geschachtelten Schleifen

(d) Verwendung von Hilfsvariablen(e) Meldungen zur Kollision zweier Objekte

mit Hilfe von Abstandsberechnungen undVerzweigungen (IF-Anweisungen)


analysieren und erläutern einfache Algorithmen und Programme (A),

entwerfen einfache Algorithmen und stellen sie umgangssprachlich und grafisch dar (M),

ermitteln bei der Analyse einfacher Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),

modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M),

ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu (M),

ordnen Klassen, Attributen und Methoden ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),

modifizieren einfache Algorithmen und Programme (I),

implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I),

implementieren Algorithmen unter Verwendung von Variablen und Wertzuweisungen, Kontrollstrukturen sowie Methodenaufrufen (I),

Beispiel: WurfspielDie Schülerinnen und Schüler realisieren mitObjekten der Lernumgebung ein Spiel, bei demz. B. ein Ball über den Bildschirm bewegt undauf ein Ziel, z. B. eine runde Zielscheibe,geworfen werden soll.

Beispiel: VerfolgungsspielEin Objekt verfolgt Objekte einer anderen Klasse(z. B. Wolf jagt Rotkäppchen, Spinne jagt Fliege,Chuck Norris jagt Lamm, ...)

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator –Kontrollstrukturen (Download Eph-III.1)

2. Erstellen und Verwalten größerer Mengen einfacher Objekte(a) Erzeugung von Objekten mit Hilfe von

Zählschleifen (FOR-Schleife)(b) Verwaltung von Objekten in

eindimensionalen Feldern (Arrays)(c) Animation von Objekten, die in

eindimensionalen Feldern (Arrays) verwaltet werden

(d) Vertiefung: Verschiedene Feldbeispiele

Beispiel: SchachbrettDie Schülerinnen und Schüler realisieren mitHilfe mehrerer Quader ein Schachbrett.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator - Kontrollstrukturen (Download EPh-III.2)

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implementieren einfache Algorithmen unter Beachtung der Syntax und Semantik einer Programmiersprache (I),

testen Programme schrittweise anhand von Beispielen (I),

interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I).

3. Modellierung und Animation komplexerer (grafisch repräsentierbarer) Objekte(a) Modellierung eines

Simulationsprogramms mit eigenen Klassen, die sich selbst mit Hilfe von einfachen Objekten zeigen mit Hilfe einesImplementationsdiagramms

(b) Implementierung eigener Methoden mit und ohne Parameterübergabe

(c) Realisierung von Zustandsvariablen(d) Thematisierung des Geheimnisprinzips

und des Autonomitätsprinzips von Objekten

(e) Animation mit Hilfe des Aufrufs von selbstimplementierten Methoden

(f) Vertiefung: Weitere Projekte

Beispiel: KerzensimulationDie Schülerinnen und Schüler modellieren understellen eine Klasse, mit deren Hilfe Kerzensimuliert werden können. Eine Kerze kannangezündet und gelöscht werden. Abgesehendavon brennen Kerzen abhängig von ihrer Dickeunterschiedlich schnell ab.

Beispiel: AmpelnDie Schülerinnen und Schüler erstellen eineAmpelkreuzung mit mehreren Ampelanlagen aneinem Bahnübergang.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator –Eigene Klassen (Download EPh-III.3)

Unterrichtsvorhaben EPh-IV

Thema: Modellierung und Implementierung von Klassen- und Objektbeziehungen anhand von grafischen Spielen und Simulationen

Leitfrage: Wie lassen sich komplexere Datenflüsse und Beziehungen zwischen Objekten und Klassen realisieren?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich im Schwerpunkt mit dem Aufbau komplexerer Objektbeziehungen. Während invorangegangenen Unterrichtsvorhaben Objekte nur jeweils solchen Objekten Nachrichten schicken konnten, die sie selbst erstellt haben,soll in diesem Unterrichtsvorhaben diese hierarchische Struktur aufgebrochen werden.

Dazu bedarf es zunächst einer präzisen Unterscheidung zwischen Objektreferenzen und Objekten, so dass klar wird, dass Dienste einesObjektes von unterschiedlichen Objekten über unterschiedliche Referenzen in Anspruch genommen werden können. Auch der Aufbausolcher Objektbeziehungen muss thematisiert werden. Des Weiteren wird das Prinzip der Vererbung im objektorientierten Sinne vertieft.

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Dazu werden die wichtigsten Varianten der Vererbung anhand von verschiedenen Projekten vorgestellt. Zunächst wird die Vererbung alsSpezialisierung im Sinne einer einfachen Erweiterung einer Oberklasse vorgestellt. Darauf folgt ein Projekt, welches das Verständnis vonVererbung um den Aspekt der späten Bindung erweitert, indem Dienste einer Oberklasse überschrieben werden. Modellierungen sollen inForm von Implementationsdiagrammen erstellt werden.

Zum Abschluss kann kurz auf das Prinzip der abstrakten Klasse eingegangen werden. Dieser Inhalt ist aber nicht obligatorisch für dieEinführungsphase.




1. Vertiefung des Referenzbegriffs und Einführung des Prinzips der dynamischenReferenzierung(a) Einführung der Objektselektion mit der

Maus(b) Einführung der Oberklasse aller

sichtbaren Objekte der gewählten Lernumgebung

(c) Steuerung einfacher grafischer Objekte über eine Referenz aktuell, die jeweils durch eine Klickselektion mit der Maus auf ein neues Objekt gesetzt werden kann.


analysieren und erläutern eine objektorientierte Modellierung (A),

stellen die Kommunikation zwischen

Objekten grafisch dar (M),

ermitteln bei der Analyse einfacher

Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),

modellieren Klassen mit ihren Attributen, ihren Methoden und Assoziationsbeziehungen (M),

ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen oder lineare Datensammlungen zu (M),

ordnen Klassen, Attributen und Methoden

ihren Sichtbarkeitsbereich zu (M),

Beispiel: SeifenblasenDie Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Spiel, bei dem Seifenblasen über den Bildschirmschweben und durch anklicken mit der Maus zum Zerplatzen gebracht werden können.

Beispiel: SonnensystemDie Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Simulation des Sonnensystems bei der Daten zum angeklickten Planeten ausgegeben werden.

Materialien:-

2. Entwicklung eines Spiels mit der Notwendigkeit von Kollisionskontrollen zwischen zwei oder mehr grafischen Objekten(a) Modellierung des Spiels ohne

Berücksichtigung der Kollision mit Hilfe

Beispiel: Ufospiel Die Schülerinnen und Schüler entwickeln die Simulation eines Ufos, das Asteroiden ausweichen soll mit denen eine Kollision möglichist.

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eines Implementationsdiagramms(b) Dokumentation der Klassen des Projekts(c) Implementierung eines Prototypen ohne

Kollision(d) Ergänzung einer Kollisionsabfrage durch

zusätzliche Assoziationsbeziehungen in Diagramm, Dokumentation und Quellcode

(e) Verallgemeinerung der neuen Verwendung von Objektreferenzen

(f) Vertiefung: Entwicklung weiterer Spiele und Simulationen mit vergleichbarer Grundmodellierung

modellieren Klassen unter Verwendung von

Vererbung (M),

implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzung dokumentierter Klassenbibliotheken (I),

testen Programme schrittweise anhand von Beispielen (I),

interpretieren Fehlermeldungen und korrigieren den Quellcode (I),

modifizieren einfache Algorithmen und Programme (I),

stellen Klassen, Assoziations- und Vererbungsbeziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),

dokumentieren Klassen durch Beschreibung der Funktionalität der Methoden (D).

Beispiel: BillardkugelnDie Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Spiel, bei dem tickende Billardkugeln mit einer beweglichen Box eingefangen werden sollen.

Beispiel: AutospielDie Schülerinnen und Schüler entwickeln ein Autospiel, bei dem ein Auto durch einen Wald fahren und mit Bäumen kollidieren kann.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator –Assoziationen (Download EPh-IV.1)

Informationsblatt: Implementationsdiagramme (Download Eph-IV.2)

3. Erarbeitung einer Simulation mit grafischen Objekten, die sich durch unterschiedliche Ergänzungen voneinander unterscheiden (Vererbung durch Spezialisierung ohne Überschreiben von Methoden)(a) Analyse und Erläuterung einer

Basisversion der grafischen Klasse(b) Realisierung von grafischen

Erweiterungen zur Basisklasse mit und ohne Vererbung (Implementationsdiagramm und Quellcode)

(c) Verallgemeinerung und Reflexion des Prinzips der Vererbung am Beispiel der Spezialisierung

Beispiel: SchneemannDie Schülerinnen und Schüler erstellen eine Simulation von Schneemännern, die unterschiedliche Kopfbedeckungen tragen.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator –Vererbung (Download EPh-IV.3)

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4. Entwicklung einer komplexeren Simulation mit grafischen Elementen, die unterschiedliche Animationen durchführen (Vererbung mit Überschreiben von Methoden)(a) Analyse und Erläuterung einer einfachen

(grafischen) Animationsklasse(b) Spezialisierung der Klasse zu

Unterklassen (mit verschiedenen Animationen) durch Überschreiben der entsprechenden Animationsmethode

(c) Reflexion des Prinzips der späten Bindung

(d) Vertiefung: Entwicklung eines vergleichbaren Projekts mit einer (abstrakten) Oberklasse

Beispiel: FlummibälleDie Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Simulation von Flummibällen, bei der unterschiedliche Bälle unterschiedliche Bewegungen durchführen.

Beispiel: WeihnachtsbaumDie Schülerinnen und Schüler entwickeln eine Simulation eines Weihnachtsbaums mit Hilfe einer abstrakten Klasse Schmuck.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator –Vererbung (Download EPh-IV.4)

Unterrichtsvorhaben EPh-V

Thema: Such- und Sortieralgorithmen anhand kontextbezogener Beispiele

Leitfragen: Wie können Objekte bzw. Daten effizient sortiert werden, so dass eine schnelle Suche möglich wird?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Dieses Unterrichtsvorhaben beschäftigt sich mit der Erarbeitung von Such- und Sortieralgorithmen. Der Schwerpunkt des Vorhabens liegtdabei auf den Algorithmen selbst und nicht auf deren Implementierung in einer Programmiersprache, auf die in diesem Vorhabenvollständig verzichtet werden kann.

Zunächst erarbeiten die Schülerinnen und Schüler mögliche Einsatzszenarien für Such- und Sortieralgorithmen, um sich der Bedeutungeiner effizienten Lösung dieser Probleme bewusst zu werden. Anschließend werden Strategien zur Sortierung mit Hilfe eines explorativen

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Spiels von den Schülerinnen und Schülern selbst erarbeitet und hinsichtlich der Anzahl notwendiger Vergleiche auf ihre Effizienzuntersucht.

Daran anschließend werden die erarbeiteten Strategien systematisiert und im Pseudocode notiert. Die Schülerinnen und Schüler sollen aufdiese Weise das Sortieren durch Vertauschen, das Sortieren durch Auswählen und mindestens einen weiteren Sortieralgorithmus, kennenlernen.

Des Weiteren soll das Prinzip der binären Suche behandelt und nach Effizienzgesichtspunkten untersucht werden.




1. Explorative Erarbeitung eines Sortierverfahrens(a) Sortierprobleme im Kontext

informatischer Systeme und im Alltag (z.B. Dateisortierung, Tabellenkalkulation,Telefonbuch, Bundesligatabelle, usw.)

(b) Vergleich zweier Elemente als Grundlageeines Sortieralgorithmus

(c) Erarbeitung eines Sortieralgorithmus durch die Schülerinnen und Schüler


beurteilen die Effizienz von Algorithmen am Beispiel von Sortierverfahren hinsichtlich Zeit und Speicherplatzbedarf (A),

entwerfen einen weiteren Algorithmus zum Sortieren (M),

analysieren Such- und Sortieralgorithmen und wenden sie auf Beispiele an (D).

Beispiel: Sortieren mit WaageDie Schülerinnen und Schüler bekommen dieAufgabe, kleine, optisch identischeKunststoffbehälter aufsteigend nach ihremGewicht zu sortieren. Dazu steht ihnen eineBalkenwaage zur Verfügung, mit deren Hilfe siedas Gewicht zweier Behälter vergleichen können.

Beispiel: Sortieren von Karten

Materialien:Computer science unplugged – SortingAlgorithms, URL: www.csunplugged.org/sorting-algorithms abgerufen: 30. 03. 2014

2. Systematisierung von Algorithmen und Effizienzbetrachtungen

Beispiel: Sortieren durch Auswählen,Sortieren durch Vertauschen, Quicksort

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http://www.csunplugged.org/sorting-algorithms

(a) Formulierung (falls selbst gefunden) oderErläuterung von mehreren Algorithmen im Pseudocode (auf jeden Fall: Sortieren durch Vertauschen, Sortieren durch Auswählen)

(b) Anwendung von Sortieralgorithmen auf verschiedene Beispiele

(c) Bewertung von Algorithmen anhand der Anzahl der nötigen Vergleiche

(d) Variante des Sortierens durch Auswählen(Nutzung eines einzigen oder zweier Felder bzw. lediglich eines einzigen zusätzlichen Ablageplatzes oder mehrerer neuer Ablageplätze)

(e) Effizienzbetrachtungen an einem konkreten Beispiel bezüglich der Rechenzeit und des Speicherplatzbedarfs

(f) Analyse des weiteren Sortieralgorithmus (sofern nicht in Sequenz 1 und 2 bereits geschehen)

Quicksort ist als Beispiel für einen Algorithmusnach dem Prinzip Teile und Herrsche gut zubehandeln. Kenntnisse in rekursiverProgrammierung sind nicht erforderlich, da eineImplementierung nicht angestrebt wird.

Materialien:Computer science unplugged – SortingAlgorithms, URL: www.csunplugged.org/sorting-algorithms abgerufen: 30. 03. 2014

3. Binäre Suche auf sortierten Daten(a) Suchaufgaben im Alltag und im Kontext

informatischer Systeme(b) Evtl. Simulationsspiel zum effizienten

Suchen mit binärer Suche(c) Effizienzbetrachtungen zur binären

Suche

Beispiel: Simulationsspiel zur binären Suche nachTischtennisbällenMehrere Tischtennisbälle sind nummeriert, sortiertund unter Bechern verdeckt. Mit Hilfe der binärenSuche kann sehr schnell ein bestimmterTischtennisball gefunden werden.

Materialien:Computer science unplugged – SearchingAlgorithms, URL: www.csunplugged.org/searching-algorithms, abgerufen: 30. 03. 2014

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http://www.csunplugged.org/sorting-algorithms

Unterrichtsvorhaben EPh-VI

Thema: Geschichte der digitalen Datenverarbeitung und die Grundlagen des Datenschutzes

Leitfrage: Welche Entwicklung durchlief die moderne Datenverarbeitung und welche Auswirkungen ergeben sich insbesondere hinsichtlichneuer Anforderungen an den Datenschutz daraus?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:Das folgende Unterrichtsvorhaben stellt den Abschluss der Einführungsphase dar. Schülerinnen und Schüler sollen selbstständiginformatische Themenbereiche aus dem Kontext der Geschichte der Datenverarbeitung und insbesondere den daraus sich ergebenenFragen des Datenschutzes bearbeiten. Schülerinnen und Schüler sollen dabei mit Unterstützung des Lehrenden selbstständigeRecherchen zu ihren Themen anstellen und auch eine sinnvolle Eingrenzung ihres Themas vornehmen.

Anschließend wird verstärkt auf den Aspekt des Datenschutzes eingegangen. Dazu wird das Bundesdatenschutzgesetz in Auszügenbehandelt und auf schülernahe Beispielsituationen zur Anwendung gebracht. Dabei steht keine formale juristische Bewertung derBeispielsituationen im Vordergrund, die im Rahmen eines Informatikunterrichts auch nicht geleistet werden kann, sondern vielmehr einepersönliche Einschätzung von Fällen im Geiste des Datenschutzgesetzes.




1. Selbstständige Erarbeitung von Themen durch die Schülerinnen und Schüler(a) Mögliche Themen zur Erarbeitung in

Kleingruppen: „Eine kleine Geschichte der

Kryptographie: von Caesar zur


bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen (A),

Beispiel: Ausstellung zu informatischen ThemenDie Schülerinnen und Schüler bereiten eineAusstellung zu informatischen Themen vor. Dazuwerden Stellwände und Plakate vorbereitet, dieggf. auch außerhalb des Informatikunterrichts inder Schule ausgestellt werden können.

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Enigma“ „Eine kurze Geschichte der

Automatisierung: vom Rechenbrett zumodernen Computern“

Entwicklung der automatischen Datenverarbeitung, z.B. am Beispiel von Volkszählungen

„Auswirkungen der Digitalisierung: Veränderungen der Arbeitswelt und Datenschutz“

(b) Vorstellung und Diskussion durch Schülerinnen und Schüler

erläutern wesentliche Grundlagen der Geschichte der digitalen Datenverarbeitung (A),

nutzen das Internet zur Recherche, zum Datenaustausch und zur Kommunikation. (K).

Materialien:Schülerinnen und Schüler recherchieren selbstständig im Internet, in der Schulbibliothek, in öffentlichen Bibliotheken, usw.

2. Vertiefung des Themas Datenschutz(a) Erarbeitung grundlegender Begriffe des

Datenschutzen (b) Problematisierung und Anknüpfung an

die Lebenswelt der Schülerinnen und Schüler

(c) Diskussion und Bewertung von Fallbeispielen aus dem Themenbereich „Datenschutz“

Beispiel: Fallbeispiele aus dem aktuellenTagesgeschehenDie Schülerinnen und Schüler bearbeitenFallbeispiele aus ihrer eigenen Erfahrungsweltoder der aktuellen Medienberichterstattung.

Materialien:Materialblatt zum Bundesdatenschutzgesetz(Download EPh-VI.1)

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II) Qualifikationsphase

Die folgenden Kompetenzen aus dem Bereich Kommunizieren und Kooperieren werden in allen Unterrichtsvorhaben derQualifikationsphase vertieft und sollen aus Gründen der Lesbarkeit nicht in jedem Unterrichtsvorhaben separat aufgeführt werden:


verwenden die Fachsprache bei der Kommunikation über informatische Sachverhalte (K), nutzen das verfügbare Informatiksystem zur strukturierten Verwaltung von Dateien unter Berücksichtigung der Rechteverwaltung (K), organisieren und koordinieren kooperatives und eigenverantwortliches Arbeiten (K), strukturieren den Arbeitsprozess, vereinbaren Schnittstellen und führen Ergebnisse zusammen (K), beurteilen Arbeitsorganisation, Arbeitsabläufe und Ergebnisse (K), präsentieren Arbeitsabläufe und -ergebnisse adressatengerecht (K).

Unterrichtsvorhaben Q1-I:

Thema: Wiederholung der objektorientierten Modellierung und Programmierung

Leitfragen: Wie modelliert und implementiert man zu einer Problemstellung in einem geeigneten Anwendungskontext Java-Klasseninklusive ihrer Attribute, Methoden und Beziehungen? Wie kann man die Modellierung und die Funktionsweise der Anwendung grafischdarstellen?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Zu einer Problemstellung in einem Anwendungskontext soll eine Java-Anwendung entwickelt werden. Die Problemstellung soll so gewähltsein, dass für diese Anwendung die Verwendung einer abstrakten Oberklasse als Generalisierung verschiedener Unterklassen sinnvollerscheint und eine Klasse durch eine Unterklasse spezialisiert werden kann. Um die Aufgabe einzugrenzen, können (nach der erstenProblemanalyse) einige Teile (Modellierungen oder Teile von Java-Klassen) vorgegeben werden.

Die Schülerinnen und Schülern erläutern und modifizieren den ersten Entwurf und modellieren sowie implementieren weitere Klassen undMethoden für eine entsprechende Anwendung. Klassen und ihre Beziehungen werden in einem Implementationsdiagramm dargestellt.Dabei werden Sichtbarkeitsbereiche zugeordnet. Exemplarisch wird eine Klasse dokumentiert. Der Nachrichtenaustausch zwischenverschiedenen Objekten wird verdeutlicht, indem die Kommunikation zwischen zwei ausgewählten Objekten grafisch dargestellt wird. Indiesem Zusammenhang wird das Nachrichtenkonzept der objektorientierten Programmierung wiederholt.

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1. Wiederholung und Erweiterung der objektorientierten Modellierung und Programmierung durch Analyse und Erweiterung eines kontextbezogenen Beispiels(a) Analyse der Problemstellung (b) Analyse der Modellierung

(Implementationsdiagramm)(c) Erweiterung der Modellierung im

Implementationsdiagramm (Vererbung, abstrakte Klasse)

(d) Kommunikation zwischen mindestens zwei Objekten (grafische Darstellung)

(e) Dokumentation von Klassen(f) Implementierung der Anwendung oder

von Teilen der Anwendung


analysieren und erläutern objektorientierte Modellierungen (A),

beurteilen die syntaktische Korrektheit und die Funktionalität von Programmen (A),

modellieren Klassen mit ihren Attributen, Methoden und ihren Assoziationsbeziehungen unter Angabe von Multiplizitäten (M),

ordnen Klassen, Attributen und Methodenihre Sichtbarkeitsbereiche zu (M),

modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),

implementieren Klassen in einer Programmiersprache auch unter Nutzungdokumentierter Klassenbibliotheken (I),

nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierung und zur Analyse von Programmen (I),

wenden eine didaktisch orientierte Entwicklungsumgebung zur Demonstration, zum Entwurf, zur Implementierung und zum Test von Informatiksystemen an (I),

Beispiel: Wetthüpfen Für ein Wetthüpfen zwischen einem Hasen, einemHund und einem Vogel werden die Tieregezeichnet. Alle Tiere springen wiederholt nachlinks. Die Höhe und Weite jedes Hüpfers ist zufällig.Evtl. marschieren sie anschließend hintereinanderher.

oder

Beispiel: TannenbaumEin Tannenbaum soll mit verschiedenen Arten vonSchmuckstücken versehen werden, die durchunterschiedliche geometrische Objekte dargestelltwerden. Es gibt Kugeln, Päckchen in der Form vonWürfeln und Zuckerringe in Form von Toren.Ein Prototyp, der bereits mit Kugeln geschmücktwerden kann, kann zur Verfügung gestellt werden.Da alle Schmuckstücke über die Funktion des Auf-und Abschmückens verfügen sollen, liegt es nahe,dass entsprechende Methoden in einergemeinsamen Oberklasse realisiert werden.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.1-Wiederholung(Download Q1-I.1)

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stellen Klassen und ihre Beziehungen in Diagrammen grafisch dar (D),

dokumentieren Klassen (D), stellen die Kommunikation zwischen

Objekten grafisch dar (D).

Unterrichtsvorhaben Q1-II:

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, linearen Datenstrukturen

Leitfrage: Wie können beliebig viele linear angeordnete Daten im Anwendungskontext verwaltet werden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Nach Analyse einer Problemstellung in einem geeigneten Anwendungskontext, in dem Daten nach dem First-In-First-Out-Prinzip verwaltetwerden, werden der Aufbau von Schlangen am Beispiel dargestellt und die Operationen der Klasse Queue erläutert. Anschließend werdenfür die Anwendung notwendige Klassen modelliert und implementiert. Eine Klasse für eine den Anforderungen der Anwendungentsprechende Oberfläche sowie die Klasse Queue wird dabei von der Lehrkraft vorgegeben. Anschließend wird die Anwendungmodifiziert, um den Umgang mit der Datenstruktur zu üben. Anhand einer Anwendung, in der Daten nach dem Last-In-First-Out-Prinzipverwaltet werden, werden Unterschiede zwischen den Datenstrukturen Schlange und Stapel erarbeitet. Um einfacher an Objekte zugelangen, die zwischen anderen gespeichert sind, wird die Klasse List eingeführt und in einem Anwendungskontext verwendet. Inmindestens einem weiteren Anwendungskontext wird die Verwaltung von Daten in Schlangen, Stapeln oder Listen vertieft. Modellierungenwerden dabei in Entwurfs- und Implementationsdiagrammen dargestellt.




1. Die Datenstruktur Schlange im Die Schülerinnen und Schüler Beispiel: Patientenwarteschlange

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Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse Queue(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung

von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen

(b) Erarbeitung der Funktionalität der Klasse Queue

(c) Modellierung und Implementierung der Anwendung unter Verwendung eines odermehrerer Objekte der Klasse Queue

erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen (A),

analysieren und erläutern Algorithmen und Programme (A),


ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),

ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),

modifizieren Algorithmen und Programme (I), implementieren iterative und rekursive

Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),

nutzen die Syntax und Semantik einer Programmiersprache bei der Implementierungund zur Analyse von Programmen (I),


testen Programme systematisch anhand von Beispielen (I),

stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D).

Jeder kennt seinen Nachfolger bzw. alternativ:seinen Vorgänger). Sobald ein Patient in einerArztpraxis eintrifft, werden sein Name und seineKrankenkasse erfasst. Die Verwaltung derPatientenwarteschlange geschieht über eineKlasse, die hier als Wartezimmer bezeichnetwird. Wesentliche Operationen sind das„Hinzufügen“ eines Patienten und das „Entfernen“eines Patienten, wenn er zur Behandlung gerufenwird.Die Simulationsanwendung stellt eine GUI zurVerfügung, legt ein Wartezimmer an und steuertdie Abläufe. Wesentlicher Aspekt des Projektesist die Modellierung des Wartezimmers mit Hilfeder Klasse Queue.Anschließend wird der Funktionsumfang derAnwendung erweitert: Patienten können sichzusätzlich in die Warteschlange zumBlutdruckmessen einreihen. Objekte werden vonzwei Schlangen verwaltet.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.2 – Warteschlange(Download Q1-II.1)

2. Die Datenstruktur Stapel im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse Stack(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung


(b) Erarbeitung der Funktionalität der Klasse Stack

(c) Modellierung und Implementierung der Anwendung unter Verwendung eines oder

Beispiel: Heftstapel In einem Heftstapel soll das Heft einer Schüleringefunden werden.

oder

Beispiel: Kisten stapelnIn einem Stapel nummerierter Kisten soll einebestimmte Kiste gefunden und an einen Kundengeliefert werden. Dazu müssen Kisten auf

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mehrerer Objekte der Klasse Stack verschiedene Stapel gestapelt und wiederzurückgestellt werden.

3. Die Datenstruktur lineare Liste im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse List(a) Erarbeitung der Vorteile der Klasse List im

Gegensatz zu den bereits bekannten linearen Strukturen

(b) Modellierung und Implementierung einer kontextbezogenen Anwendung unter Verwendung der Klasse List.

Beispiel: AbfahrtslaufBei einem Abfahrtslauf kommen die Skifahrernacheinander an und werden nach ihrer Zeit ineine Rangliste eingeordnet. Diese Rangliste wirdin einer Anzeige ausgegeben. AnkommendeAbfahrer müssen an jeder Stelle der Struktur,nicht nur am Ende oder Anfang eingefügt werdenkönnen.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.2 - Listen(Download Q1-II.2)

4. Vertiefung – Anwendungen von Listen, Stapeln oder Schlangen in mindestens einem weiteren Kontext

Beispiel: Skispringen Ein Skispringen hat folgenden Ablauf: Nach demSprung erhält der Springer eine Punktzahl undwird nach dieser Punktzahl in eine Ranglisteeingeordnet. Die besten 30 Springer qualifizierensich für den zweiten Durchgang. Sie starten inumgekehrter Reihenfolge gegenüber derPlatzierung auf der Rangliste. Nach dem Sprungerhält der Springer wiederum eine Punktzahl undwird nach der Gesamtpunktzahl aus beidenDurchgängen in die endgültige Ranglisteeingeordnet.

Beispiel: Terme in Postfix-Notation Die sog. UPN (Umgekehrt-Polnische-Notation)bzw. Postfix-Notation eines Terms setzt denOperator hinter die Operanden. Um einen Termaus der gewohnten Infixschreibweise in einen

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Term in UPN umzuwandeln oder um den Wertdes Terms zu berechnen, kann ein Stackverwendet werden.

Beispiel: RangierbahnhofAuf einem Güterbahnhof gibt es drei Gleise, dienur zu einer Seite offen sind. Wagons könnenalso von einer Seite auf das Gleis fahren und nurrückwärts wieder hinausfahren. Die Wagonstragen Nummern, wobei die Nummer jedoch ersteingesehen werden kann, wenn der Wagon dervorderste an der offenen Gleisseite ist. (Zwischenden Wagons herumzuturnen, um die anderenWagonnummern zu lesen, wäre zu gefährlich.)Zunächst stehen alle Wagons unsortiert aufeinem Gleis. Ziel ist es, alle Wagons in einanderes Gleis zu fahren, so dass dort dieNummern der Wagons vom Gleisende ausaufsteigend in richtiger Reihenfolge sind.Zusätzlich zu diesen beiden Gleisen gibt es einAbstellgleis, das zum Rangieren benutzt werdenkann.

Beispiel: Autos an einer Ampel zurZufahrtsregelungEs soll eine Ampel zur Zufahrtsregelung in Javasimuliert werden. An einem geradlinigen,senkrecht von unten nach oben verlaufendenStraßenstück, das von Autos nur einspurig in eineRichtung befahren werden kann, ist einHaltepunkt markiert, an dem die Ampel steht. Beieinem Klick auf eine Schaltfläche mit derAufschrift „Heranfahren“ soll ein neues Auto anden Haltepunkt heranfahren bzw. bis an dasletzte Auto, das vor dem Haltepunkt wartet.Grünphasen der Ampel werden durch einen Klickauf eine Schaltfläche mit der Aufschrift„Weiterfahren“ simuliert. In jeder Grünphase darf

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jeweils nur ein Auto weiterfahren. Die anderenAutos rücken nach.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1-II.3 – Anwendungen fürlineare Datenstrukturen(Download Q1-II.3)

Unterrichtsvorhaben Q1-III:

Thema: Suchen und Sortieren auf linearen Datenstrukturen

Leitfrage: Wie kann man gespeicherte Informationen günstig (wieder-)finden?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: In einem Anwendungskontext werden zunächst Informationen in einer linearen Liste bzw. einem Feld gesucht. Hierzu werden Verfahrenentwickelt und implementiert bzw. analysiert und erläutert, wobei neben einem iterativen auch ein rekursives Verfahren thematisiert wirdund mindestens ein Verfahren selbst entwickelt und implementiert wird. Die verschiedenen Verfahren werden hinsichtlich Speicherbedarfund Zahl der Vergleichsoperationen miteinander verglichen.

Anschließend werden Sortierverfahren entwickelt und implementiert (ebenfalls für lineare Listen und Felder). Hierbei soll auch einrekursives Sortierverfahren entwickelt werden. Die Implementationen von Quicksort sowie dem Sortieren durch Einfügen werden analysiertund erläutert. Falls diese Verfahren vorher schon entdeckt wurden, sollen sie hier wiedererkannt werden. Die rekursive Abarbeitung einesMethodenaufrufs von Quicksort wird grafisch dargestellt.

Abschließend werden verschiedene Sortierverfahren hinsichtlich der Anzahl der benötigten Vergleichsoperationen und des Speicherbedarfsbeurteilt. Zeitbedarf: ca. 16 Stunden


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1. Suchen von Daten in Listen und Arrays(a) Lineare Suche in Listen und in Arrays(b) Binäre Suche in Arrays als Beispiel für

rekursives Problemlösen(c) Untersuchung der beiden Suchverfahren

hinsichtlich ihrer Effizienz (Laufzeitverhalten, Speicherbedarf)




beurteilen die Effizienz von Algorithmen unter Berücksichtigung des Speicherbedarfs und der Zahl der Operationen (A),

entwickeln iterative und rekursive Algorithmenunter Nutzung der Strategien „Modularisierung“ und „Teilen und Herrschen“ (M),

modifizieren Algorithmen und Programme (I), implementieren iterative und rekursive

Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),

implementieren und erläutern iterative und rekursive Such- und Sortierverfahren (I),




stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D).

Beispiel: Karteiverwaltung Für ein Adressverwaltungsprogramm soll eineMethode zum Suchen einer Adresse geschriebenwerden.

oder

Beispiel: BundesjugendspieleDie Teilnehmer an Bundesjugendspielen nehmenan drei Disziplinen teil und erreichen dortPunktzahlen. Diese werden in einerWettkampfkarte eingetragen und an dasWettkampfbüro gegeben. Zur Vereinfachungsollte sich das Modell auf die drei Disziplinen„Lauf”, „Sprung“ und „Wurf“ beschränken.Im Wettkampfbüro wird das Ergebnis erstellt. DasProgramm soll dafür zunächst den Besten einerDisziplin heraussuchen können und später dasgesamte Ergebnis nach gewissen Kriteriensortieren können.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1.3 - Suchen und Sortieren(Download Q1-III.1)

2. Sortieren in Listen und Arrays - Entwicklung und Implementierung von iterativen und rekursiven Sortierverfahren(a) Entwicklung und Implementierung eines

einfachen Sortierverfahrens für eine Liste (b) Implementierung eines einfachen

Sortierverfahrens für ein Feld (c) Entwicklung eines rekursiven

Beispiel: Karteiverwaltung (s.o.)

oder

Beispiel: Bundesjugendspiele(s.o.)

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Sortierverfahren für ein Feld (z.B. Sortieren durch Mischen)

Materialien:(s.o.)

3. Untersuchung der Effizienz der Sortierverfahren „Sortieren durch direktes Einfügen“ und „Quicksort“ auf linearen Listen (a) Grafische Veranschaulichung der

Sortierverfahren(b) Untersuchung der Anzahl der

Vergleichsoperationen und des Speicherbedarf bei beiden Sortierverfahren

(c) Beurteilung der Effizienz der beiden Sortierverfahren

Beispiel: Karteiverwaltung (s.o.)

oder Beispiel: Bundesjugendspiele(s.o.)

Materialien:(s.o.)

Unterrichtsvorhaben Q1-IV:

Thema: Modellierung und Nutzung von relationalen Datenbanken in Anwendungskontexten

Leitfragen: Wie können Fragestellungen mit Hilfe einer Datenbank beantwortet werden? Wie entwickelt man selbst eine Datenbank füreinen Anwendungskontext?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Ausgehend von einer vorhandenen Datenbank entwickeln Schülerinnen und Schüler für sie relevante Fragestellungen, die mit demvorhandenen Datenbestand beantwortet werden sollen. Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wird die vorgegebene Datenbank vonden Schülerinnen und Schülern analysiert und die notwendigen Grundbegriffe für Datenbanksysteme sowie die erforderlichen SQL-Abfragen werden erarbeitet.

In anderen Anwendungskontexten müssen Datenbanken erst noch entwickelt werden, um Daten zu speichern und Informationen für dieBeantwortung von möglicherweise auftretenden Fragen zur Verfügung zu stellen. Dafür ermitteln Schülerinnen und Schüler in denAnwendungssituationen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardinalitäten und stellen diese in Entity-Relationship-Modellen dar.

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Entity-Relationship-Modelle werden interpretiert und erläutert, modifiziert und in Datenbankschemata überführt. Mit Hilfe von SQL-Anweisungen können anschließend im Kontext relevante Informationen aus der Datenbank extrahiert werden.

Ein Entity-Relationship-Diagramm kann auch verwendet werden, um die Entitäten inklusive ihrer Attribute und Relationen in einemvorgegebenen Datenbankschema darzustellen.

An einem Beispiel wird verdeutlicht, dass in Datenbanken Redundanzen unerwünscht sind und Konsistenz gewährleistet sein sollte. Die 1.bis 3. Normalform wird als Gütekriterium für Datenbankentwürfe eingeführt. Datenbankschemata werden hinsichtlich der 1. bis 3.Normalform untersucht und (soweit nötig) normalisiert.


Sequenzierung des Unterrichtsvorhabens


1. Nutzung von relationalen Datenbanken(a) Aufbau von Datenbanken und

Grundbegriffe Entwicklung von Fragestellungen zur

vorhandenen Datenbank Analyse der Struktur der vorgegebenen

Datenbank und Erarbeitung der BegriffeTabelle, Attribut, Datensatz, Datentyp, Primärschlüssel, Fremdschlüssel, Datenbankschema

(b) SQL-Abfragen Analyse vorgegebener SQL-Abfragen

und Erarbeitung der Sprachelemente von SQL (SELECT (DISTINCT) …FROM, WHERE, AND, OR, NOT) auf einer Tabelle

Analyse und Erarbeitung von SQL-Abfragen auf einer und mehrerer Tabelle zur Beantwortung der Fragestellungen (JOIN, UNION, AS,


erläutern die Eigenschaften und den Aufbau von Datenbanksystemen unter dem Aspekt der sicheren Nutzung (A),

analysieren und erläutern die Syntax und Semantik einer Datenbankabfrage (A),

analysieren und erläutern eine Datenbankmodellierung (A),

erläutern die Eigenschaften normalisierter Datenbankschemata (A),

bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel (M),

ermitteln für anwendungsbezogene Problemstellungen Entitäten, zugehörige Attribute, Relationen und Kardinalitäten (M),

modifizieren eine Datenbankmodellierung (M), modellieren zu einem Entity-Relationship-

Diagramm ein relationales Datenbankschema

Beispiel: VideoCenterVideoCenter ist die Simulation einer Online-Videothek für den Informatik-Unterricht mitWebfrontends zur Verwaltung der Kunden, derVideos und der Ausleihe. Außerdem ist esmöglich direkt SQL-Abfragen einzugeben. Es istauch möglich, die Datenbank herunter zu ladenund lokal zu installieren. Unterhttp://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html(abgerufen: 30. 03. 2014) findet man den Link zudem VideoCenter-System sowie nähereInformationen. Lesenswert ist auch die dortverlinkte „Dokumentation der Fallstudie” mitdidaktischem Material, welches alternativ bzw.ergänzend zu der im Folgenden beschriebenenDurchführung verwendet werden kann.

Beispiel: Schulbuchausleihe Unter

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http://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html

http://dokumentation.videocenter.schule.de/old/video/index.html

GROUP BY,ORDER BY, ASC, DESC, COUNT, MAX, MIN, SUM, ArithmetischeOperatoren: +, -, *, /, (…), Vergleichsoperatoren: =, <>, >, <, >=, <=, LIKE, BETWEEN, IN, IS NULL)

(c) Vertiefung an einem weiteren Datenbankbeispiel

(M), bestimmen Primär- und Sekundärschlüssel

(M), überführen Datenbankschemata in

vorgegebene Normalformen (M), verwenden die Syntax und Semantik einer

Datenbankabfragesprache, um Informationen aus einen Datenbanksystem zu extrahieren (I),

ermitteln Ergebnisse von Datenbankabfragen über mehrere verknüpfte Tabellen (D),

stellen Entitäten mit ihren Attributen und die Beziehungen zwischen Entitäten in einem Entity-Relationship-Diagramm grafisch dar (D),

überprüfen Datenbankschemata auf vorgegebene Normalisierungseigenschaften (D).

w ww.brd.nrw.de/lerntreffs/informatik/structure/material/sek2/datenbanken.php (abgerufen: 30. 03.2014) wird eine Datenbank zur Verfügunggestellt, die Daten einer Schulbuch-Ausleiheenthält (über 1000 Entleiher, 200 Bücher mitmehreren tausend Exemplaren und vieleAusleihvorgänge). Die Datenbank kann inOpenOffice eingebunden werden.

2. Modellierung von relationalen Datenbanken(a) Entity-Relationship-Diagramm

Ermittlung von Entitäten, zugehörigen Attributen, Relationen und Kardina-litäten in Anwendungssituationen und Modellierung eines Datenbankentwurfs in Form eines Entity-Relationship-Diagramms

Erläuterung und Modifizierung einer Datenbankmodellierung

(b) Entwicklung einer Datenbank aus einem Datenbankentwurf Modellierung eines relationalen

Datenbankschematas zu einem Entity-Relationship-Diagramm inklusive der Bestimmung von Primär- und Sekundärschlüsseln

(c) Redundanz, Konsistenz und Normalformen Untersuchung einer Datenbank

hinsichtlich Konsistenz und Redundanz in einer Anwendungssituation

Überprüfung von Datenbankschemata hinsichtlich der 1. bis 3. Normalform undNormalisierung (um Redundanzen zu vermeiden und Konsistenz zu gewährleisten)

Beispiel: Fahrradverleih Der Fahrradverleih BTR (BikesToRent) verleiht unterschiedliche Typen von Fahrrädern diverser Firmen an seine Kunden. Die Kunden sind bei BTR registriert (Name, Adresse, Telefon). BTR kennt von den Fahrradfirmen den Namen und die Telefonnummer. Kunden von BTR können CityBikes, Treckingräder und Mountainbikes ausleihen.

Beispiel: ReedereiDie Datenverwaltung einer Reederei soll in einemDatenbanksystem umgesetzt werden. Ausgehendvon der Modellierung soll mit Hilfe eines ER-Modells und eines Datenbankschemas diesererste Entwurf normalisiert und in einemDatenbanksystem umgesetzt werden. Esschließen sich diverse SQL-Abfragen an, wobeiauf die Relationenalgebra eingegangen wird.

Beispiel: BuchungssystemIn dem Online-Buchungssystem einer Schulekönnen die Lehrer Medienräume, Beamer,Laptops, Kameras, usw. für einen bestimmtenZeitpunkt buchen, der durch Datum und dieSchulstunde festgelegt ist.Dazu ist die Datenbank zu modellieren, ggf. zu

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http://www.brd.nrw.de/lerntreffs/informatik/structure/material/sek2/datenbanken.php



normalisieren und im Datenbanksystemumzusetzen. Weiter sollen sinnvolle Abfragenentwickelt werden.Unter http://mrbs.sourceforge.net (abgerufen: 30.03.2014) findet man ein freies Online-Buchungssystem inklusive Demo, an Hand dererman erläutern kann, worum es in dem Projektgeht.

Beispiel: SchulverwaltungIn einer Software werden die Schulhalbjahre,Jahrgangsstufen, Kurse, Klassen, Schüler, Lehrerund Noten einer Schule verwaltet. Man kanndann ablesen, dass z.B. Schüler X von Lehrer Yim 2. Halbjahr des Schuljahrs 2011/2012 in derJahrgangsstufe 9 im Differenzierungsbereich imFach Informatik die Note „sehr gut“ erhalten hat.Dazu ist die Datenbank zu modellieren, ggf. zunormalisieren und im Datenbanksystemumzusetzen. Weiter sollen sinnvolle Abfragenentwickelt werden und das Thema Datenschutzbesprochen werden.

Materialien:Weitere Beispiele auf inf-schule.de

Unterrichtsvorhaben Q1-V:

Thema: Sicherheit und Datenschutz in Netzstrukturen

Leitfragen: Wie werden Daten in Netzwerken übermittelt? Was sollte man in Bezug auf die Sicherheit beachten?

Vorhabenbezogene Konkretisierung:

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http://mrbs.sourceforge.net/

Anschließend an das vorhergehende Unterrichtsvorhaben zum Thema Datenbanken werden der Datenbankzugriff aus dem Netz,Topologien von Netzwerken, eine Client-Server-Struktur, das TCP/IP-Schichtenmodell sowie Sicherheitsaspekte beim Zugriff aufDatenbanken und verschiedene symmetrische und asymmetrische kryptografische Verfahren analysiert und erläutert. Fallbeispiele zurDatenschutzproblematik und zum Urheberrecht runden das Unterrichtsvorhaben ab. Zeitbedarf: ca. 10 Stunden



1. Daten in Netzwerken und Sicherheitsaspekte in Netzen sowie beim Zugriff auf Datenbanken (a) Beschreibung eines Datenbankzugriffs im

Netz anhand eines Anwendungskontextesund einer Client-Server-Struktur zur Klärung der Funktionsweise eines Datenbankzugriffs

(b) Netztopologien als Grundlage von Client-Server-Strukturen und TCP/IP-Schichtenmodell als Beispiel für eine Paketübermittlung in einem Netz

(c) Vertraulichkeit, Integrität, Authentizität in Netzwerken sowie symmetrische und asymmetrische kryptografische Verfahren (Cäsar-, Vigenère-, RSA-Verfahren) als Methoden, Daten im Netz verschlüsselt zuübertragen


beschreiben und erläutern Topologien, die Client-Server-Struktur und Protokolle sowie ein Schichtenmodell in Netzwerken (A),

analysieren und erläutern Eigenschaften und Einsatzbereiche symmetrischer und asymmetrischer Verschlüsselungsverfahren (A),

untersuchen und bewerten anhand von Fallbeispielen die Auswirkungen des Einsatzes von Informatiksystemen, die Sicherheit von Informatiksystemen sowie die Einhaltung der Datenschutzbestimmungen und des Urheberrechts (A),

untersuchen und bewerten Problemlagen, diesich aus dem Einsatz von Informatiksystemenergeben, hinsichtlich rechtlicher Vorgaben, ethischer Aspekte und gesellschaftlicher Werte unter Berücksichtigung unterschiedlicher Interessenlagen (A),

nutzen bereitgestellte Informatiksysteme und das Internet reflektiert zum Erschließen, zur Aufbereitung und Präsentation fachlicher Inhalte (D).

Beispiel: Rollenspiel zur Paketvermittlung im InternetSchülerinnen und Schüler übernehmen die Rollenvon Clients und Routern. Sie schicken spielerischInformationen auf Karten von einem Schüler-Client zum anderen. Jede Schülerin und jederSchüler hat eine Adresse, jeder Router darüberhinaus eine Routingtabelle. Mit Hilfe der Tabelleund einem Würfel wird entschieden, wie einPaket weiter vermittelt wird.

Materialien: • Ergänzungsmaterialien zum Lehrplan-

navigator Unterrichtsvorhaben, Ver-schlüsselung Q1.5 – Zugriff auf Daten inNetzwerken (Download Q1-V.1)

• Simulationssoftware Filius• inf-schule.de

2. Fallbeispiele zur Datenschutzproblematik und zum Urheberrecht

Materialien: Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q1 5 - Datenschutz beimVideocenter, Materialblatt-Datenschutzgesetz(Download Q1-V.2)

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Unterrichtsvorhaben Q2-I:

Thema: Modellierung und Implementierung von Anwendungen mit dynamischen, nichtlinearen Datenstrukturen

Leitfragen: Wie können Daten im Anwendungskontext mit Hilfe binärer Baumstrukturen verwaltet werden? Wie kann dabei der rekursiveAufbau der Baumstruktur genutzt werden? Welche Vor- und Nachteile haben Suchbäume für die geordnete Verwaltung von Daten?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anhand von Beispielen für Baumstrukturen werden grundlegende Begriffe eingeführt und der rekursive Aufbau binärer Bäume dargestellt.Anschließend werden für eine Problemstellung in einem der Anwendungskontexte Klassen modelliert und implementiert. Dabei werden dieOperationen der Datenstruktur Binärbaum thematisiert und die entsprechende Klasse BinaryTree (der Materialien für das Zentralabitur inNRW) der Vorgaben für das Zentralabitur NRW verwendet. Klassen und ihre Beziehungen werden in Entwurfs- undImplementationsdiagrammen dargestellt. Die Funktionsweise von Methoden wird anhand grafischer Darstellungen von Binärbäumenerläutert.

Unter anderem sollen die verschiedenen Baumtraversierungen (Pre-, Post- und Inorder) implementiert werden. Unterschiede bezüglich derMöglichkeit, den Baum anhand der Ausgabe der Bauminhalte via Pre-, In- oder Postorder-Traversierung zu rekonstruieren, werden dabeiebenfalls angesprochen, indem die fehlende Umkehrbarbeit der Zuordnung Binärbaum Inorder-Ausgabe an einem Beispiel verdeutlichtwird.

Eine Tiefensuche wird verwendet, um einen in der Baumstruktur gespeicherten Inhalt zu suchen.

Zu einer Problemstellung in einem entsprechenden Anwendungskontext werden die Operationen der Datenstruktur Suchbaum thematisiertund unter der Verwendung der Klasse BinarySearchTree (der Materialien für das Zentralabitur in NRW) weitere Klassen oder Methoden indiesem Anwendungskontext modelliert und implementiert. Auch in diesem Kontext werden grafische Darstellungen der Bäume verwendet.

Die Verwendung von binären Bäumen und Suchbäumen wird anhand weiterer Problemstellungen oder anderen Kontexten weiter geübt.



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1. Analyse von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten (a) Grundlegende Begriffe (Grad, Tiefe,

Höhe, Blatt, Inhalt, Teilbaum, Ebene, Vollständigkeit)

(b) Aufbau und Darstellung von binären Bäumen anhand von Baumstrukturen in verschiedenen Kontexten


erläutern Operationen dynamischer (linearer oder nicht-linearer) Datenstrukturen (A),



ermitteln bei der Analyse von Problemstellungen Objekte, ihre Eigenschaften, ihre Operationen und ihre Beziehungen (M),

ordnen Attributen, Parametern und Rückgaben von Methoden einfache Datentypen, Objekttypen sowie lineare und nichtlineare Datensammlungen zu (M),

modellieren abstrakte und nicht abstrakte Klassen unter Verwendung von Vererbung durch Spezialisieren und Generalisieren (M),

verwenden bei der Modellierung geeigneter Problemstellungen die Möglichkeiten der Polymorphie (M),

entwickeln iterative und rekursive Algorithmen unter Nutzung der Konstruktionsstrategien „Modularisierung“ und „Teilen und Herrschen“ (M),

implementieren iterative und rekursive Algorithmen auch unter Verwendung von dynamischen Datenstrukturen (I),

modifizieren Algorithmen und Programme (I),

Beispiel: TermbaumDer Aufbau von Termen wird mit Hilfe vonbinären Baumstrukturen verdeutlicht.

oder

Beispiel: AhnenbaumDie binäre Baumstruktur ergibt sich daraus, dassjede Person genau einen Vater und eine Mutterhat.

Weitere Beispiele für Anwendungskontexte fürbinäre Bäume:

Beispiel: Suchbäume (zur sortierten Speicherungvon Daten)Alle Inhalte, die nach einer Ordnung vor demInhalt im aktuellen Teilbaum stehen, sind indessen linkem Teilbaum, alle die nach dem Inhaltim aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessenrechtem Teilbaum. (Dies gilt für alle Teilbäume.)

oder

Beispiel: Entscheidungsbäume Um eine Entscheidung zu treffen, werdenmehrere Fragen mit ja oder nein beantwortet.Die Fragen, die möglich sind, wenn die Antwortauf eine Frage mit „ja“ beantwortet wird, befindensich im linken Teilbaum, die Fragen, die möglichsind, wenn die Antwort „nein“ lautet, stehen im

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stellen lineare und nichtlineare Strukturen grafisch dar und erläutern ihren Aufbau (D),

stellen iterative und rekursive Algorithmen umgangssprachlich und grafisch dar (D).

rechten Teilbaum.

oder

Beispiel: Codierungsbäume für Codierungen,deren Alphabet aus genau zwei Zeichen bestehtMorse hat Buchstaben als Folge von Punktenund Strichen codiert. Diese Codierungen könnenin einem Binärbaum dargestellt werden, so dassein Übergang zum linken Teilbaum einem Punktund ein Übergang zum rechten Teilbaum einemStrich entspricht. Wenn man im Gesamtbaumstartet und durch Übergänge zu linken oderrechten Teilbäumen einen Pfad zumgewünschten Buchstaben sucht, erhält man dieMorsecodierung des Buchstabens.

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.1 – Binärbaum (Download Q2-I.1)

2. Die Datenstruktur Binärbaum im Anwendungskontext unter Nutzung der Klasse BinaryTree (a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung

von Objekten, ihren Eigenschaften und Operationen im Anwendungskontext

(b) Modellierung eines Entwurfsdiagramms und Entwicklung eines Implementationsdiagramms

(c) Erarbeitung der Klasse BinaryTree und beispielhafte Anwendung der Operationen

Beispiel: Informatikerbaum als binärer BaumIn einem binären Baum werden die Namen unddie Geburtsdaten von Informatikernlexikographisch geordnet abgespeichert. AlleNamen, die nach dieser Ordnung vor demNamen im aktuellen Teilbaum stehen, sind indessen linkem Teilbaum, alle die nach demNamen im aktuellen Teilbaum stehen, sind indessen rechtem Teilbaum. (Dies gilt für alleTeilbäume.)

Folgende Funktionalitäten werden benötigt: Einfügen der Informatiker-Daten in den Baum

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(d) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung

(e) Traversierung eines Binärbaums im Pre-, In- und Postorderdurchlauf

Suchen nach einem Informatiker über den Schlüssel Name

Ausgabe des kompletten Datenbestands in nach Namen sortierter Reihenfolge

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator Unterrichtsvorhaben Q2.1 – Binärbaum(Download Q2-I.2)

3. Die Datenstruktur binärer Suchbaum im Anwendungskontext unter Verwendung der Klasse BinarySearchTree(a) Analyse der Problemstellung, Ermittlung


(b) Modellierung eines Entwurfsdiagramms und Entwicklung eines Implementationsdiagramm,grafische Darstellung eines binären Suchbaums und Erarbeitung der Struktureigenschaften

(c) Erarbeitung der Klasse BinarySearchTreeund Einführung des Interface Item zur Realisierung einer geeigneten Ordnungsrelation

(d) Implementierung der Anwendung oder von Teilen der Anwendung inklusive einersortierten Ausgabe des Baums

Beispiel: Informatikerbaum als SuchbaumIn einem binären Suchbaum werden die Namenund die Geburtsdaten von Informatikernlexikographisch geordnet abgespeichert. AlleNamen, die nach dieser Ordnung vor demNamen im aktuellen Teilbaum stehen, sind indessen linkem Teilbaum, alle die nach demNamen im aktuellen Teilbaum stehen, sind indessen rechtem Teilbaum. (Dies gilt für alleTeilbäume.)

Folgende Funktionalitäten werden benötigt: Einfügen der Informatiker-Daten in den Baum Suchen nach einem Informatiker über den

Schlüssel Name Ausgabe des kompletten Datenbestands in

nach Namen sortierter Reihenfolge

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.1 – Binärer Suchbaum(Download Q2-I.3)

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4. Übung und Vertiefungen der Verwendung von Binärbäumen oder binären Suchbäumen anhand weiterer Problemstellungen

Beispiel: Codierungsbäume (s.o.) oder Huffman-Codierung

oder

Beispiel: BuchindexEs soll eine Anwendung entwickelt werden, dieanhand von Stichworten und zugehörigenSeitenzahlen ein Stichwortregister erstellt. Da die Stichwörter bei der Analyse des Bucheshäufig gesucht werden müssen, werden sie inder Klasse Buchindex als Suchbaum (Objekt derKlasse BinarySearchTree) verwaltet.Alle Inhalte, die nach einer Ordnung vor demInhalt im aktuellen Teilbaum stehen, sind indessen linkem Teilbaum, alle die nach dem Inhaltim aktuellen Teilbaum stehen, sind in dessenrechtem Teilbaum. (Dies gilt für alle Teilbäume.)

oder

Beispiel: Entscheidungsbäume (s.o.)

oder

Beispiel: Termbaum (s.o.)

oder

Beispiel: Ahnenbaum (s.o.)

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.1 – Anwendung

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Binärbaum (Download Q2-I.4)

Unterrichtsvorhaben Q2-II:

Thema: Endliche Automaten und formale Sprachen

Leitfragen: Wie kann man (endliche) Automaten genau beschreiben? Wie können endliche Automaten (in alltäglichen Kontexten oder zuinformatischen Problemstellungen) modelliert werden? Wie können Sprachen durch Grammatiken beschrieben werden? WelcheZusammenhänge gibt es zwischen formalen Sprachen, endlichen Automaten und regulären Grammatiken?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anhand kontextbezogener Beispiele werden endliche Automaten entwickelt, untersucht und modifiziert. Dabei werden verschiedeneDarstellungsformen für endliche Automaten ineinander überführt und die akzeptierten Sprachen endlicher Automaten ermittelt. Optionalkann an einem Beispiel ein nichtdeterministischer Akzeptor als Alternative gegenüber einem entsprechenden deterministischen Akzeptoreingeführt werden.

Anhand kontextbezogener Beispiele werden Grammatiken regulärer Sprachen entwickelt, untersucht und modifiziert. Der Zusammenhangzwischen regulären Grammatiken und endlichen Automaten wird verdeutlicht durch die Entwicklung von allgemeinen Verfahren zurErstellung einer regulären Grammatik für die Sprache eines gegebenen endlichen Automaten bzw. zur Entwicklung eines endlichenAutomaten, der genau die Sprache einer gegebenen regulären Grammatik akzeptiert.

Auch andere Grammatiken werden untersucht, entwickelt oder modifiziert. An einem Beispiel werden die Grenzen endlicher Automatenausgelotet.


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Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien oder Materialien

1. Endliche Automaten(a) Vom Automaten in den Schülerinnen und

Schülern bekannten Kontexten zur formalen Beschreibung eines endlichen Automaten

(b) Untersuchung, Darstellung und Entwicklung endlicher Automaten


analysieren und erläutern die Eigenschaften endlicher Automaten einschließlich ihres Verhaltens auf bestimmte Eingaben (A),

analysieren und erläutern Grammatiken regulärer Sprachen (A),

zeigen die Grenzen endlicher Automaten undregulärer Grammatiken im Anwendungszusammenhang auf (A),

ermitteln die formale Sprache, die durch eineGrammatik erzeugt wird (A),

entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten (M),

entwickeln und modifizieren zu einer Problemstellung endliche Automaten (M),

entwickeln zur akzeptierten Sprache eines Automaten die zugehörige Grammatik (M),

entwickeln zur Grammatik einer regulären Sprache einen zugehörigen endlichen Automaten (M),

modifizieren Grammatiken regulärer Sprachen (M),

entwickeln zu einer regulären Sprache eine Grammatik, die die Sprache erzeugt (M),

stellen endliche Automaten in Tabellen oder Graphen dar und überführen sie in die jeweils andere Darstellungsform (D),

ermitteln die Sprache, die ein endlicher Automat akzeptiert (D).

Beispiele: Cola-Automat, Geldspielautomat,Roboter, Zustandsänderung eines Objekts„Auto“, Akzeptor für bestimmte Zahlen, Akzeptorfür Teilwörter in längeren Zeichenketten,Akzeptor für Terme

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.2 – EndlicheAutomaten, Formale Sprachen (Download Q2-II.1)

2. Untersuchung und Entwicklung von Grammatiken regulärer Sprachen(a) Erarbeitung der formalen Darstellung

regulärer Grammatiken(b) Untersuchung, Modifikation und

Entwicklung von Grammatiken(c) Entwicklung von endlichen Automaten

zum Erkennen regulärer Sprachen die durch Grammatiken gegeben werden

(d) Entwicklung regulärer Grammatiken zu endlichen Automaten

Beispiele: reguläre Grammatik für Wörter mit ungeraderParität, Grammatik für Wörter, die bestimmteZahlen repräsentieren, Satzgliederungs-grammatik

Materialien: (s.o.)

3. Grenzen endlicher Automaten Beispiele: Klammerausdrücke, anbn im Vergleich zu (ab)n

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beschreiben an Beispielen den Zusammenhang zwischen Automaten und Grammatiken (D).

Unterrichtsvorhaben Q2-III:

Thema: Prinzipielle Arbeitsweise eines Computers und Grenzen der Automatisierbarkeit

Leitfragen: Was sind die strukturellen Hauptbestandteile eines Computers und wie kann man sich die Ausführung eines maschinennahenProgramms mit diesen Komponenten vorstellen? Welche Möglichkeiten bieten Informatiksysteme und wo liegen ihre Grenzen?

Vorhabenbezogene Konkretisierung: Anhand einer von-Neumann-Architektur und einem maschinennahen Programm wird die prinzipielle Arbeitsweise von Computernverdeutlicht.

Ausgehend von den prinzipiellen Grenzen endlicher Automaten liegt die Frage nach den Grenzen von Computern bzw. nach Grenzen derAutomatisierbarkeit nahe. Mit Hilfe einer entsprechenden Java-Methode wird plausibel, dass es unmöglich ist, ein Informatiksystem zuentwickeln, dass für jedes beliebige Computerprogramm und jede beliebige Eingabe entscheidet ob das Programm mit der Eingabeterminiert oder nicht (Halteproblem). Anschließend werden Vor- und Nachteile der Grenzen der Automatisierbarkeit angesprochen und derEinsatz von Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen beurteilt.



Unterrichtssequenzen Zu entwickelnde Kompetenzen Beispiele, Medien oder Materialien

1. Von-Neumann-Architektur und die Ausführung maschinennaher Programmea) prinzipieller Aufbau einer von Neumann-

Architektur mit CPU, Rechenwerk, Steuerwerk, Register und Hauptspeicher


erläutern die Ausführung eines einfachen maschinennahen Programms sowie die Datenspeicherung auf einer „Von-Neumann-

Beispiel: Addition von 4 zu einer eingegeben Zahl miteinem Rechnermodell

Materialien:

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b) einige maschinennahe Befehlen und ihreRepräsentation in einem Binär-Code, derin einem Register gespeichert werden kann

c) Analyse und Erläuterung der Funktionsweise eines einfachen maschinennahen Programms

Architektur“ (A), untersuchen und beurteilen Grenzen des

Problemlösens mit Informatiksystemen (A).

Ergänzungsmaterialien zum Lehrplannavigator Unterrichtsvorhaben Q2.3 –Von-Neumann-Architektur und maschinennahe Programmierung (Download Q2-III.1)

2. Grenzen der Automatisierbarkeita) Vorstellung des Halteproblemsb) Unlösbarkeit des Halteproblems c) Beurteilung des Einsatzes von

Informatiksystemen hinsichtlich prinzipieller Möglichkeiten und prinzipieller Grenzen

Beispiel: Halteproblem

Materialien:Ergänzungsmaterialien zum LehrplannavigatorUnterrichtsvorhaben Q2.3 - Halteproblem(Download Q2-III.2)

Unterrichtsvorhaben Q2-IV:

Wiederholung und Vertiefung ausgewählter Kompetenzen und Inhalte des ersten Jahrs der Qualifikationsphase

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2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischenArbeit

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung desSchulprogramms hat die Fachkonferenz Informatik des StädtischenGymnasiums Gevelsberg die folgenden fachmethodischen undfachdidaktischen Grundsätze beschlossen. In diesem Zusammenhangbeziehen sich die Grundsätze 1 bis 14 auf fächerübergreifende Aspekte, dieauch Gegenstand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze 15 bis 21 sindfachspezifisch angelegt.

Überfachliche Grundsätze:

1) Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor undbestimmen die Struktur der Lernprozesse.

2) Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen demLeistungsvermögen der Schüler/innen.

3) Die Unterrichtsgestaltung ist auf die Ziele und Inhalte abgestimmt.4) Medien und Arbeitsmittel sind schülernah gewählt.5) Die Schüler/innen erreichen einen Lernzuwachs.6) Der Unterricht fördert eine aktive Teilnahme der Schüler/innen.7) Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Schülern/innen

und bietet ihnen Möglichkeiten zu eigenen Lösungen.8) Der Unterricht berücksichtigt die individuellen Lernwege der einzelnen

Schüler/innen.9) Die Schüler/innen erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und

werden dabei unterstützt.10) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Partner- bzw.

Gruppenarbeit.11) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Arbeit im Plenum.12) Die Lernumgebung ist vorbereitet; der Ordnungsrahmen wird eingehalten.13) Die Lehr- und Lernzeit wird intensiv für Unterrichtszwecke genutzt.14) Es herrscht ein positives pädagogisches Klima im Unterricht.

Fachliche Grundsätze:

15) Der Unterricht unterliegt der Wissenschaftsorientierung und istdementsprechend eng verzahnt mit seiner Bezugswissenschaft.

16) Der Unterricht ist problemorientiert und soll von realen Problemenausgehen und sich auf solche rückbeziehen.

17) Der Unterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und soll ermöglichen,informatische Strukturen und Gesetzmäßigkeiten in den ausgewähltenProblemen und Projekten zu erkennen.

18) Der Unterricht ist anschaulich sowie gegenwarts- und zukunftsorientiertund gewinnt dadurch für die Schülerinnen und Schüler an Bedeutsamkeit.

19) Der Unterricht ist handlungsorientiert, d.h. projekt- und produktorientiertangelegt.

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20) Im Unterricht werden sowohl für die Schule didaktisch reduzierte als auchreale Informatiksysteme aus der Wissenschafts-, Berufs- und Lebenswelteingesetzt.

21) Der Unterricht beinhaltet reale Begegnung mit Informatiksystemen.

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2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung

Auf der Grundlage von §13 - §16 der APO-GOSt sowie Kapitel 3 desKernlehrplans Informatik für die gymnasiale Oberstufe hat die Fachkonferenzdes Städtischen Gymnasiums Gevelsberg im Einklang mit dem entsprechendenschulbezogenen Konzept die nachfolgenden Grundsätze zurLeistungsbewertung und Leistungsrückmeldung beschlossen. Dienachfolgenden Absprachen stellen die Minimalanforderungen an daslerngruppenübergreifende gemeinsame Handeln der Fachgruppenmitgliederdar. Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen ergänzend weitere der inden Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leistungsüberprüfung zumEinsatz.

2.3.1 Beurteilungsbereich Klausuren

Verbindliche Absprachen:Bei der Formulierung von Aufgaben werden die für die Abiturprüfungengeltenden Operatoren des Faches Informatik schrittweise eingeführt, erläutertund dann im Rahmen der Aufgabenstellungen für die Klausuren benutzt.

Instrumente: Einführungsphase: 1 Klausur je Halbjahr

Dauer der Klausur: 2 Unterrichtsstunden Grundkurse Q 1: 2 Klausuren je Halbjahr

Dauer der Klausuren: 2 Unterrichtsstunden Grundkurse Q 2.1: 2 Klausuren

Dauer der Klausuren: 3 Unterrichtsstunden Grundkurse Q 2.2: 1 Klausur unter Abiturbedingungen Anstelle einer Klausur kann gemäß dem Beschluss der Lehrerkonferenz

in Q 1.2 eine Facharbeit geschrieben werden.

Die Aufgabentypen, sowie die Anforderungsbereiche I-III sind entsprechend denVorgaben in Kapitel 3 des Kernlehrplans zu beachten.

Kriterien Die Bewertung der schriftlichen Leistungen in Klausuren erfolgt über ein Rastermit Hilfspunkten.

Spätestens ab der Qualifikationsphase orientiert sich die Zuordnung derHilfspunktsumme zu den Notenstufen an dem Zuordnungsschema desZentralabiturs. Von diesem kann aber im Einzelfall begründet abgewichen werden, wenn sichz.B. besonders originelle Teillösungen nicht durch Hilfspunkte gemäß denKriterien des Erwartungshorizontes abbilden lassen oder eine Abwertungwegen besonders schwacher Darstellung (APO-GOSt §13 (2)) angemessenerscheint.

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Die Note ausreichend (5 Punkte) soll bei Erreichen von 45 % der Hilfspunkteerteilt werden.

2.3.2 Beurteilungsbereich Sonstige Mitarbeit

Den Schülerinnen und Schülern werden die Kriterien zum Beurteilungsbereich„sonstige Mitarbeit“ zu Beginn des Schuljahres genannt.

Leistungsaspekte

Mündliche Leistungen Beteiligung am Unterrichtsgespräch Zusammenfassungen zur Vor- und Nachbereitung des Unterrichts Präsentation von Arbeitsergebnissen Referate Mitarbeit in Partner-/Gruppenarbeitsphasen

Praktische Leistungen am Computer Implementierung, Test und Anwendung von Informatiksystemen

Sonstige schriftliche Leistungen Arbeitsmappe und Arbeitstagebuch zu einem durchgeführten

Unterrichtsvorhaben Lernerfolgsüberprüfung durch kurze schriftliche Übungen

Schriftliche Übungen dauern ca. 20 Minuten und umfassen den Stoff derletzten ca. 4–6 Stunden.

Bearbeitung von schriftlichen Aufgaben im Unterricht

Kriterien

Die folgenden allgemeinen Kriterien gelten sowohl für die mündlichen als auchfür die schriftlichen Formen der sonstigen Mitarbeit.

Die Bewertungskriterien stützen sich auf die Qualität der Beiträge, die Quantität der Beiträge und die Kontinuität der Beiträge.

Besonderes Augenmerk ist dabei auf die sachliche Richtigkeit, die angemessene Verwendung der Fachsprache, die Darstellungskompetenz, die Komplexität und den Grad der Abstraktion, die Selbstständigkeit im Arbeitsprozess, die Präzision und

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die Differenziertheit der Reflexion zu legen.

Bei Gruppenarbeiten auch auf das Einbringen in die Arbeit der Gruppe, die Durchführung fachlicher Arbeitsanteile und die Qualität des entwickelten Produktes.

Bei Projektarbeit darüber hinaus auf die Dokumentation des Arbeitsprozesses, den Grad der Selbstständigkeit, die Reflexion des eigenen Handelns und die Aufnahme von Beratung durch die Lehrkraft.

Eine weitere Möglichkeit zur projektbezogenen Leistungsbewertung ist: Die Schülerinnen und Schüler führen in der Einführungsphase in

Kleingruppen ein Kurzprojekt durch und fertigen dazu eine Arbeitsmappemit Arbeitstagebuch an.

In der Qualifikationsphase erstellen, dokumentieren und präsentieren dieSchülerinnen und Schüler in Kleingruppen ein anwendungsbezogenesSoftwareprodukt.

Grundsätze der Leistungsrückmeldung und Beratung

Die Grundsätze der Leistungsbewertung werden zu Beginn eines jedenHalbjahres den Schülerinnen und Schülern transparent gemacht.Leistungsrückmeldungen können erfolgen

nach einer mündlichen Überprüfung, bei Rückgabe von schriftlichen Leistungsüberprüfungen, nach Abschluss eines Projektes, nach einem Vortrag oder einer Präsentation, bei auffälligen Leistungsveränderungen, auf Anfrage, als Quartalsfeedback und zu Eltern- oder Schülersprechtagen.

Die Leistungsrückmeldung kann durch ein Gespräch mit der Schülerin oder dem Schüler, durch einen Feedbackbogen, durch die schriftliche Begründung einer Note oder durch eine individuelle Lern-/Förderempfehlung

erfolgen.

Leistungsrückmeldungen erfolgen auch in der Einführungsphase im Rahmender kollektiven und individuellen Beratung zur Wahl des Faches Informatik alsfortgesetztes Grund- oder Leistungskursfach in der Qualifikationsphase.

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3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen

Die Fachkonferenz Informatik hat sich im Rahmen des Schulprogramms fürfolgende zentrale Schwerpunkte entschieden:

Zusammenarbeit mit anderen FächernIm Informatikunterricht werden Kompetenzen anhand informatischer Inhalte inverschiedenen Anwendungskontexten erworben, in denen Schülerinnen undSchülern aus anderen Fächern Kenntnisse einbringen können. Diese könneninsbesondere bei der Auswahl und Bearbeitung von Softwareprojektenberücksichtigt werden und in einem hinsichtlich der informatischenProblemstellung angemessenem Maß in den Unterricht Eingang finden. Diesbeschränkt sich nicht nur auf naturwissenschaftliche Fächer, da im InhaltsfeldInformatik, Mensch und Gesellschaft auch gesellschaftliche und ethischeFragen im Unterricht angesprochen werden.

Vorbereitung auf die Erstellung der FacharbeitMöglichst schon im zweiten Halbjahr der Einführungsphase, spätestens jedochim ersten Halbjahr des ersten Jahres der Qualifikationsphase werden imUnterricht an geeigneten Stellen Hinweise zur Erstellung von Facharbeitengegeben. Das betrifft u. a. Themenvorschläge, Hinweise zu den Anforderungenund zur Bewertung.

Teilnahme an WettbewerbenDie Teilnahme aller Informatikkurse am Wettbewerb Informatik-Biber imRahmen des Unterrichts ist verpflichtend.Darüber hinaus soll die Lehrkraft interessierte Schülerinnen und Schüler zurTeilnahme an weiteren Wettbewerben, z. B. dem Bundeswettbewerb Informatik,ermutigen und sie dabei unterstützen.

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4 Qualitätssicherung und Evaluation

Durch Diskussion der Aufgabenstellung von Klausuren in Fachdienst-besprechungen und eine regelmäßige Erörterung der Ergebnisse vonLeistungsüberprüfungen wird ein hohes Maß an fachlicher Qualitätssicherungerreicht.

Das schulinterne Curriculum (siehe 2.1) ist zunächst bis 2017 für den erstenDurchgang durch die gymnasiale Oberstufe nach Erlass des Kernlehrplanesverbindlich. Erstmalig nach Ende der Einführungsphase im Sommer 2015,werden in einer Sitzung der Fachkonferenz Erfahrungen ausgetauscht und ggf.Änderungen für den nächsten Durchgang der Einführungsphase beschlossen,um erkannten ungünstigen Entscheidungen schnellstmöglich entgegenwirkenzu können.

Nach Abschluss des Abiturs 2017 wir die Fachkonferenz Informatik auf derGrundlage ihrer Unterrichtserfahrungen eine Gesamtsicht des schulinternenCurriculums vornehmen und ggf. eine Beschlussvorlage für die ersteFachkonferenz des folgenden Schuljahres erstellen.

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